DE4437351A1 - Verfahren und Einrichtung zum Abgleichen einer Schutzschaltung für einen Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abgleichen einer Schutzschaltung für einen Elektromotor für Geräte, insbesondere für Schneidwerksantriebe von Dokumenten­ vernichtern.

Elektromotoren für Schneidwerksantriebe von Dokumentenver­ nichtern, worunter hier auch andere Abfallvernichter subsum­ miert sind, werden extrem hohen Belastungen ausgesetzt. Vor allem geschieht es häufig, daß die Schneidwerke durch eine Übermenge eingegebenen Materials blockiert werden, was der Benutzer oft nicht sofort bemerkt. Auch bei Verwendung von überlastsicheren Motoren erwärmen sich diese und sollten daher bei Überlastung abgeschaltet werden.

Es ist bereits eine Blockagesicherung bei derartigen Schneid­ werksantrieben vorgeschlagen worden, die einen Einphasen- Induktionsmotor benutzen. Dieser enthält zur Erzeugung des Anlaufimpulses einen Kondensator, an dem normalerweise Netzspannung anliegt. Bei zunehmender Belastung nimmt diese Spannung ab und beträgt im Fall der Blockierung nur noch etwas über die Hälfte der Netzspannung.

Diese Spannung wird abgegriffen und über Opto-Koppler in eine mit Niederspannung betriebene Schutzschaltung übertra­ gen. Ein Schmitt-Trigger, an dem ein fester Schwellwert eingestellt ist, löst bei Überlastung ein Abschaltrelais für den Motor aus. Die Einstellung des Schwellwertes und die Anpassung an unterschiedliche Motortypen und Motorspannungen ist aufwendig und erhöht die Typenvielfalt. Veränderungen innerhalb der Schaltung können die eingestellten Bedingungen verändern und zu Funktionsstörungen führen.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung der beschriebenen Art zu schaffen, die in Herstellung und insbesondere in der Anpassung der Geräte an unterschied­ liche Gegebenheiten geringeren Aufwand erfordert und die betriebssicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 9 gelöst.

Die Auslösung erfolgt also nicht bei einem voreingestellten Wert, sondern der jeweilige Sollwert wird als Resultat eines beim Abgleichvorgang ermittelten Istwertes festgestellt und dann gespeichert. Diese Sollwert-Bestimmung kann beispiels­ weise einmalig bei oder vor der ersten Inbetriebnahme des Gerätes erfolgen. Damit paßt sich das Gerät automatisch an die jeweils vorgesehene Betriebsspannung an und berücksich­ tigt automatisch dabei auch unterschiedliche Werte der einzelnen elektronischen Bauteile, beispielsweise die Über­ tragungscharakteristik eines Opto-Kopplers, ohne daß eine manuelle Justierung notwendig ist.

Vorteilhaft sollte jedoch vorgesehen sein, daß der Abgleich von Zeit zu Zeit wiederholt wird. Dies könnte manuell nach bestimmten, in der Bedienungsanleitung vorgeschriebenen Kriterien erfolgen oder der Abgleich könnte automatisch bei Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen eingeleitet werden, beispielsweise wenn das Gerät nach völliger Netztrennung wieder neu an das Netz angeschlossen wird, wenn ein Abgleich einer in dem Gerät vorgesehenen Lichtschranke erfolgt oder dgl . . Durch den automatischen Abgleich werden nicht nur sämtliche individuellen Eigenschaften des Motors oder anderer Bauteile berücksichtigt, sondern auch die Änderung dieser Charakteristika, beispielsweise das durchaus mögliche "Drif­ ten" eines Opto-Kopplers.

Vorzugsweise werden die Istwerte von der Netzspannungsseite aus mit einem Opto-Koppler auf die mit Niederspannung betrie­ bene Schutzschaltung übertragen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn diese Schutzschaltung digital arbeitet, weil dann Speicherung und Vergleich von Ist- und Sollwerten besonders zuverlässig durchgeführt werden kann.

Als Kriterium für die Auslösung und Basis für den Istwert kann die Spannung am Kondensator eines Induktionsmotors dienen. Ein solcher Induktionsmotor, der auch als Einphasen- Wechselstrommotor oder -Asynchronmotor bezeichnet werden kann, enthält einen für seinen Betrieb notwendigen Konden­ sator, der die an ihm anliegende Spannung belastungsabhängig ändert. Diese kann daher als Istwert verwendet werden. Da sie ein Maß für die Belastung ist, kann sie auch als Bela­ stungsanzeige verwendet werden, ggf. nach einer rechnerischen Umwandlung, wozu die digitalisierte Form besonders geeignet ist.

Die Schutzschaltung kann bei einem Motor dieser Art, der an sich blockiersicher ist, erfolgen, wenn die Blockierung nach Überschreiten des Motor-Kippmomentes bereits eingetreten ist. Da die Kondensatorspannung bei Eintreten der Blockierung noch knapp über 50% der Nennspannung liegt, kann in besonders einfacher Weise der Sollwert aus einem Istwert durch Hal­ bierung bestimmt werden. Es ist jedoch möglich, den Motor auch schon bei Überschreitung einer bestimmten vorgegebenen Last abzuschalten, andere Warneinrichtungen auszulösen oder beispielsweise eine Umschaltung in den Rückwärtslauf einzu­ leiten, wenn der Sollwert auf einen anderen Bruchteil, beispielsweise 0,8 des beim Abgleichen festgestellten Istwer­ tes, festgelegt wird.

Bei dem Abgleichvorgang sollte der Motor in der entspre­ chenden Laufrichtung (z. B. Vorauslauf) ohne Last betrieben werden. Die Schutzschaltung kann für den Abgleichvorgang ein entsprechendes Programm enthalten, das z. B. beim Anlegen der Netzspannung (Einstecken in die Steckdose) den Abgleichvor­ gang in Gang setzt, indem sie den Motor einschaltet und die Sollwertbestimmung vornimmt.

Um zu vermeiden, daß ein eventueller Spannungsabfall am Kondensator oder eine andere Änderung in der Stromversorgung während des Anlaufens oder eine nur kurzfristige Unterschrei­ tung der Spannung bereits eine Auslösung der Schutzschaltung veranlaßt, ist es vorteilhaft, eine Zeitverzögerung einzu­ bauen, die entweder nach Einschaltung des Motors eine gewisse Zeitspanne bis zum ersten Soll/Istwert-Vergleich abwartet oder auch nach Feststellung einer Auslöse-Bedingung eine gewisse Zeitspanne bis zur endgültigen Auslösung verstreichen läßt, beispielsweise einen zweiten Vergleich vornimmt, bevor die Auslösung aktiviert wird.

Zusätzlich zu der Überwachung aufgrund des Vergleiches des Istwertes mit einem abgeglichenen Sollwert kann die Schutz­ schaltung so ausgebildet sein, daß die Auslösung auch dann erfolgt, wenn ein festgelegter Istwert-Bereich, dessen Grenzen außerhalb des normalen Sollwert-Bereiches liegt, über- oder unterschritten wird. Hierdurch könnte beispiels­ weise gleichzeitig überwacht werden, wenn am Kondensator oder Motor ein Kurzschluß auftritt oder das Gerät mit einer Spannung betrieben werden soll, für die es nicht geeignet ist.

Eine bevorzugte digitale Einrichtung zum Abgleichen kann die meisten der erforderlichen Bauteile bzw. Funktionselemente in einem Mikroprozessor enthalten. Die Speicherung erfolgt vorzugsweise über einen nicht flüchtigen Speicher (EEPROM) oder einen anderen Speicher, der seinen Speicherinhalt auch nach Abschalten der Netzspannung behält. Dies kann durch eine besondere Speicherbauart oder durch eine Pufferung geschehen.

Besonders bevorzugt kann die Einrichtung in eine Schaltein­ richtung für den Motor integriert werden, die mit einer Lichtschranke arbeitet und ebenfalls eine digitale Abgleich­ einrichtung enthalten kann. Eine solche Einrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 44 13 079.1 der Anmelderin beschrieben. Auf sie wird hier ausdrücklich Bezug genommen.

Es wird also zum Abgleichen einer Schutzschaltung für den Elektromotor des Schneidwerks eines Dokumentenvernichters die Spannung an dem zu dem Einphasen-Wechselstrommotor ge­ hörenden Kondensator abgegriffen, über einen Opto-Koppler in die mit Niederspannung arbeitende elektronische Schutzschal­ tung übertragen, dort digitalisiert und während des Betriebes in kurzen Zeitabständen in einem Vergleicher mit einem in einem Speicher gespeicherten Sollwert verglichen. Dieser wird aus einem Istwert z. B. durch Halbierung ermittelt, wobei der Istwert in einem Leerlaufzustand des Motors festgelegt wird.

Die Schutzschaltung paßt sich dadurch selbsttätig an sämtli­ che bauliche Verhältnisse und deren Änderung an, insbesondere an unterschiedliche Spannungsversorgungs-Werte.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schut­ zschaltung mit Abgleich und

Fig. 2 ein Diagramm Kondensatorspannung über Drehmo­ ment eines Einphasen-Induktionsmotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schneidwerk 11 eines Dokumenten­ vernichters, dessen Schneidwalzen 12 über ein Getriebe 13 von einem Motor 14 angetrieben werden.

Bei dem Motor handelt es sich um einen Einphasen-Wechsel­ strommotor (Induktionsmotor), der von Vorwärts- auf Rück­ wärtslauf umstellbar ist und dazu zwei Schalter 15, 16 aufweist, die zwei verschiedene von einem Netzpol 17 kommende Zuleitungszweige 18, 19 für die Stromversorgung des Motors schalten. In dem vom Motor zum anderen Netzpol 20 führenden Stromversorgungszweig ist ein Relais 21 vorgesehen, das den Motor abschalten kann.

Zwischen den beiden Zweigen 18, 19 ist ein Kondensator 22 vorgesehen, der zum Motor 14 gehört und dessen Anlaufverhal­ ten bestimmt. Auf der einen Seite dieses Kondensators, im vorliegenden Fall am Zweig 18, ist eine Leitung 23 ange­ schlossen, die über einen Widerstand 24 einen Opto-Koppler 25 anschließt. Dieser ist sekundärseitig an eine Motorschutz­ schaltung 26 angeschlossen, die von einem Netzteil 27 mit Niederspannung, beispielsweise 5 Volt, versorgt wird. Sie enthält einen Analog/Digital-Wandler 28, der den über den Opto-Koppler von Netzspannung auf beispielsweise 5 Volt heruntergewandelten analogen Spannungswert digitalisiert, beispielsweise in eine 8-BIT-Form, so daß eine Auflösung von 254 Schritten zur Verfügung steht. Der so digitalisierte Wert der Kondensatorspannung wird, wie durch das Element 29 angedeutet ist, in einen Sollwert verwandelt, indem z. B. der während der Sollwert-Festlegung ermittelte Istwert der Kondensatorspannung halbiert wird. Der so ermittelte Sollwert wird dann in einem Speicher 30, beispielsweise einem EEPROM dauerhaft, jedoch überschreibbar abgespeichert.

Die Sollwert-Festlegung wird durch Steuermittel 31 gesteuert, die, wie strichpunktiert angedeutet, mit der Motorschaltung insofern in Verbindung stehen können, als sie sicherstellen, daß beim Abgleich, d. h. der Festlegung eines neuen Sollwer­ tes, der Motor in Betrieb ist. Auslöser kann eine manuelle oder automatische Eingabe sein. Es ist auch möglich, den Ab­ gleich nur kundendienstseitig auslösbar zu machen. Bei der Festlegung eines neuen Sollwertes wird der bisher abgespei­ cherte überschrieben.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Spannung Uc am Kondensator von dem Drehmoment M. Es ist zu erkennen, daß beim Kippmoment Mk die Kondensatorspannung Uc etwas oberhalb der Hälfte der Kondensatorspannung im Leerlauf (Drehmoment M = 0) liegt. Wenn also, wie mit der strichlierten Linie angedeutet, der Sollwert auf die Hälfte der Leerlaufspannung am Kondensator begrenzt wird, so wird stets zuverlässig bei Erreichen des Kippmomentes die Auslösung erfolgen.

Während des Betriebes des Aktenvernichters wird der Istwert der Kondensatorspannung nach Digitalisierung im A/D-Wandler 28, durch einen Taktgeber 32 gesteuert, einem Vergleicher 33 zugeführt, der diesen Wert mit dem im Speicher 30 abgespei­ cherten Sollwert vergleicht. Bei Gleichheit oder Unterschrei­ tung des Sollwertes löst der Vergleicher über ein Verzöge­ rungsglied 34 ein Ausgangssignal aus, das einen elektroni­ schen Schalter 35 betätigt, der wiederum das elektromechani­ sche Relais 21 betätigen kann.

Durch den Taktgeber 32 wird der Vergleich kurzperiodisch in Abständen von Bruchteilen von Sekunden bis zu einigen Sekun­ den wiederholt. Das Verzögerungsglied 34 sorgt dafür, daß eine nur kurzfristige Unterschreitung des Sollwertes, die beispielsweise auch von einer Netzspannungsschwankung her­ rühren könnte oder beim Anlaufen des Motors auftritt, nicht zu einem Ansprechen des Ausgangsschalters 35 führt. Eine typische Verzögerungszeit könnten 0,3 Sekunden sein.

Die meisten der Bauelemente 28 bis 35 könnten in einem Mikroprozessor gegenständlich oder durch entsprechende Funktionen realisiert sein. Dabei kann es sich um den glei­ chen Mikroprozessor handeln, der auch eine Lichtschranken­ schaltung zur Betätigung der Schalter 15, 16 mit einem Abgleich für die Lichtschranke beinhaltet und steuert. Der Speicher 30 kann auch zum gleichzeitigen Ablegen eines Sollwertes für den Lichtschranken-Abgleich ausgebildet sein.

Eine Rückstellung nach erfolgter Abschaltung des Motors durch die Schutzschaltung kann entweder automatisch nach einem gewissen Zeitablauf erfolgen oder vorteilhaft nur durch bewußtes Wiedereinschalten des Gerätes durch den Benutzer möglich sein. Dadurch wird vermieden, daß der Motor ständige Anlaufversuche bei fortbestehender Blockierung unternimmt. Es ist auch möglich, statt der Motorabschaltung eine Umschaltung auf Rückwärtslauf vorzusehen.

Es kann auch zweckmäßig sein, eine gleiche oder ähnliche Schutzschaltung für das Blockieren im Rückwärtslauf vorzu­ sehen. Die Schaltung kann dabei gleich ausgebildet sein, und besonders bevorzugt können dieselben Bauelemente verwendet werden. Lediglich die Leitung 23 ist auf der anderen Seite des Kondensators anzuschließen, um den dort auftretenden Spannungsabfall im Rückwärtslauf auswerten zu können.

Die im A/D-Wandler 28 digitalisierten Istwerte können in einer Belastungsanzeige 36 angezeigt werden, die entweder die Belastung digital in Prozenten anzeigen könnte oder gewisse Belastungsstufen durch Leuchtdioden oder ähnliche Anzeigemit­ tel symbolisieren könnte.

Das beschriebene Verfahren und die Einrichtung ermöglichen durch die selbstanpassende und feinfühlige Motorsicherung eine optimale Schonung von Motor und Getriebe und damit eine Auslegung an der rechnerischen Grenze ohne Befürchtung von Überlastungsschäden. Obwohl das bevorzugte Anwendungsgebiet der Induktions-Wechselstrommotor ist, könnten auch andere Motortypen entsprechend überwacht werden, wobei ggf. andere Kriterien der Spannungsversorgung als Istwert verwendet werden könnten, beispielsweise die Stromaufnahme bei einem Univer­ salmotor oder andere Gegebenheiten.

Claims (16)

1. Verfahren zum Abgleichen einer Schutzschaltung (26) eines Elektromotors (14) für Geräte (11), insbesondere für Schneidwerksantriebe von Dokumentenvernichtern, wobei die Schutzschaltung (26) infolge eines von der Motor-Stromversorgung beeinflußten Istwertes ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung aufgrund eines Vergleiches des Istwertes mit einem gespeicherten Sollwert erfolgt, wobei der Sollwert selbsttätig in Abhängigkeit von einem zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und unter vorgegebenen Bedingungen des Motorbetriebs erzeugten Istwert festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert als Digital-Wert gespeichert und Ist- und Sollwerte als Digital-Werte verglichen werden, wobei vorzugsweise der Vergleich kurzperiodisch wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Sollwert-Ermittlung vor der ersten Inbe­ triebnahme des Gerätes (11) erfolgt und vorzugsweise weitere Sollwert-Ermittlungen automatisch und/oder manuell ausgelöst werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert die Spannung am Kondensator (22) eines Induktionsmotors (14) ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit des Soll­ wertes von dem bei seiner Ermittlung zugrunde gelegten Istwert ein prozentualer Anteil ist, vorzugsweise die Hälfte.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich und/oder die Auslösung nach einer auf die Einschaltung des Motors (14) folgenden Zeitspanne vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Auslösebedingungen erfüllenden Vergleich und der Auslösung der Ablauf einer Zeitspanne abgewartet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung zusätzlich in Abhängigkeit von der Unter- bzw. Überschreitung eines festgelegten Istwert-Bereiches erfolgt.

9. Einrichtung zum Abgleichen einer Schutzschaltung (26) eines Elektromotors (14) für Geräte (12), insbesondere für Schneidwerksantriebe von Dokumentenvernichtern, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschaltung (26) an die Motor-Stromversorgung (18, 19) zur Ermitt­ lung eines Istwertes angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen Sollwert-Speicher (30) und einen Verglei­ cher (33) zum Vergleich des Istwertes mit einem im Sollwert-Speicher (30) abgelegten Sollwert, durch Mittel (29) zur Festlegung des Sollwertes in Abhängigkeit von einem Istwert und durch Steuermittel (31) zur Einleitung und Durchführung der Sollwert-Festlegung.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (23) an eine Stromversorgungsleitung (18) des Motors (14) erfolgt, an die auch ein Kondensator (22) eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors (14) angeschlossen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschluß an die Motorstromversorgung (18) zur Istwert-Ermittlung über einen Opto-Koppler (25) erfolgt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert aus einem Motor-Strom­ versorgungswert über einen Analog/Digital-Wandler (28) ermittelt wird und der Sollwert-Speicher (30) und Vergleicher (33) digital arbeiten.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Speicher (30) ein nicht flüchtiger Digital-Wert-Speicher, vorzugsweise ein EEPROM, ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (28), der Vergleicher (23) und/oder der Sollwert-Speicher (30) in einem Mikroprozessor enthalten sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Signale einer Licht­ schranke verarbeitende, insbesondere mit einer digitalen Abgleicheinrichtung für diese versehene Schalteinrich­ tung für den Motor integriert ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekenn­ zeichnet durch eine Belastungsanzeige (36) für den Motor (14), die vorzugsweise an einen die Istwerte digitali­ sierende Analog/Digital-Wandler (28) angeschlossen ist.